JP2672153B2 - 溶接用ワイヤ - Google Patents

溶接用ワイヤ

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【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は溶接用ワイヤに係り、より詳しくは、MIG、T
IG用ワイヤや、フラックス入りワイヤなどの各種ワイヤ
において、水素量を少なくして溶接金属中のブローホー
ル、ピット等を安定して低減できる溶接用ワイヤに関す
る。
(従来の技術及び解決しようとする課題) ワイヤの有する水素量を押さえることは、溶接金属中
のブローホール、ピット等を低減化するために是非とも
必要なことである。
従来、例えばアルミニウム用ワイヤにおいては、ワイ
ヤの有する水素量を押える方法として、 (1)できるだけ大気中に触れさせない、 (2)開封後はできるだけ早めに使い切る、 (3)包装にシリカゲル等の乾燥剤を同封する、 といった方法が一般的である。
しかし、これらの方法は消極的な方法であって、もと
もとワイヤの持っている水素量以下にすることは困難で
あるし、またワイヤの保管、管理方法も留意すべきこと
が多く、安定してワイヤの水素量を低くすることにはつ
ながらなかった。その結果、溶接金属中のブローホー
ル、ピット等を完全に安定してなくすことは相当困難で
あった。
一方、ワイヤの水素源としては、 (1)大気中から、 (2)ワイヤ表面の油等の付着物から、 (3)フラックス入りワイヤの場合、フラックス原料か
ら、 等が主因であることから、積極的に水素量を押える方法
として、 (1)ワイヤを脱脂処理する、 (2)フラックス原料を選別又は配合を調整する、 等の方法が採られていた。
しかしながら、このうち、特に大気中から混入する水
素は、溶材保管中に付着したもの、或いは溶接時の水素
分圧差が主因となって溶接金属中に混入するが、これを
コントロールすることは困難であり、また、脱脂も完全
を期すためには設備的にも時間的にも負担が多い。更
に、フラックス原料を水素面からコントロールすること
は、他の特性、例えば作業性、ビード形状などをある程
度犠牲にしてフラックス配合することが多く、望ましい
対策とは云えない。
本発明は、上記従来技術の欠点を解消し、種々のタイ
プのワイヤに対しても適用でき、しかも簡易な手段によ
ってワイヤのもつ水素量を減少でき、溶接金属中のブロ
ーホール、ピット等を安定して低減可能な溶接用ワイヤ
を提供することを目的とするものである。
(課題を解決するための手段) かゝる目的を達成するため、本発明者は、特に大気中
からの水素量、ワイヤに付着した油等による水素量を効
果的に低減化できる方策について鋭意研究を重ねた。そ
の結果、弗素が溶接時に水蒸気分圧を下げる効果がある
ことに着目したが、弗素の利用態様によって効果が異な
り、ワイヤ表面にて比較的低温で発生する弗素量を規制
することにより可能であることを見い出し、ここに本発
明をなしたものである。
すなわち、本発明に係る溶接用ワイヤは、酸素雰囲気
下で500℃で焼成した時に発生する弗素量(換算量)が
5〜300ppmである有機系弗素化合物をワイヤ表面に有す
ることを特徴とするものである。
以下に本発明を更に詳細に説明する。
(作用) 弗素は一般に溶接時に水蒸気分圧を下げる効果がある
ことは従来より知られており、このため、フラックスを
用いる溶材では、例えば、CaF2、NaFのような無機弗化
物をフラックス中に配合させる方法が採られてきた。こ
れにより、溶接時の水蒸気分圧が下がり、その効果によ
って溶接金属中の水素量は減ることが確認されている。
しかし、これらの無機弗化物の分解温度はいずれも高
温であり(CaF2の場合は1400℃、NaFの場合は1080
℃)、そのような高温に達しないと分解しない。
本発明では、このような高温で分解する弗化物では上
記効果が不十分であり、しかもフラックス配合にも支障
を来たすことに鑑みて、より有効に弗素の効果を発揮せ
しめるためには、より低温から分解し、それによって弗
素蒸気を発生させることが必要であるとの知見を得た。
このためには、ワイヤ表面に分解温度の低い弗素化合
物を付着させることが有効であることが判明した。
このような分解温度の低い弗素化合物としては、例え
ば、有機系のPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)があ
る。
第1図はこのPTFEの熱分解反応を示す。この図に示す
とおり、PTFEは500℃以下の低い温度で分解し、幾つか
の低分子生成物を生じることが分かる。これらの低分子
生成物はいずれも溶接中に極めて容易にフリーの弗素を
出し易くなり、溶接雰囲気中の弗素量が多くなる結果、
水蒸気分圧を下げ、溶接金属中の水素量が減るので、最
終的には溶接金属中のブローホールの発生を低減させる
ことができる。
以上の如く低い分解温度を有する有機系弗素化合物と
しては、数万〜数十万の重合体ではなく、2万以下の分
子量を持つものの方が効果的である。
なお、このような2万以下の分子量を持つ有機系弗素
化合物を使用する類似技術として、これまでに特公昭57
−17638号が知られているが、以下に述べるとおり、本
発明とは基本的に異なるものである。
すなわち、特公昭57−17638号の技術は、弗素系樹脂
をワイヤ表面に多量に圧着させることによってメッキが
不要で送給性を確保することを意図したものであるが、
実際には、ワイヤの真円度を損なうことが多く、このた
め溶接時に送給性を悪くする原因の1つにもなり、特に
アルミニウム溶接用ワイヤのような軟らかいワイヤに付
着させるには難点があった。更にまた、弗素系樹脂量を
多くすると、弗素系樹脂自体が絶縁物であるため、溶接
時のアーク安定性を損ない、特にアルミニウム溶接用ワ
イヤのように、通常は銅メッキを行わないワイヤにおい
ては、特公昭57−17638号のようにワイヤ表面全体に亘
って弗素系樹脂を圧着すると、アークは非常に不安定と
なり、著しい場合はアークそのものを継続させることが
不可能となる場合もあった。
一方、本発明は、このような従来技術の問題は発生す
ることがなく、目的(ワイヤのもつ水素量を少なくして
溶接金属中のブローホール、ピットを低減すること)が
相違し、したがって、少量の弗素化合物をワイヤ表面に
付着させるので、手段も相違している。特に、本発明の
好ましい態様を上記従来技術と比較すれば、両者の相違
点は一目瞭然であろう。このため、本発明は種々のワイ
ヤにも適用可能である。
次に、本発明における限定理由を説明する。
前述の如く、ワイヤ表面に付着させる弗素又は弗素化
合物は、酸素雰囲気下で500℃で焼成した時に発生する
弗素量(換算量)が5〜300ppmとなるように付着させ
る。
弗素量が5ppm未満では溶接時のシールド効果が不十分
となり、その結果、ピット、ブローホールを十分に低減
させることができない。また送給性が悪い。
一方、弗素量が300ppmを超えると、溶接時のワイヤと
コンタクトチップの間の通電性が悪くなる結果、アーク
安定性が低下し、著しい場合は溶接不能となる。更にま
た、溶接後の溶接ビード表面が分解生成物によって汚な
くなり易くなる。
勿論、上記範囲の弗素量は、酸素雰囲気下で500℃で
焼成した時に発生する量である。これは、弗素化合物の
場合、500℃という低い温度で分解するものであること
が必要なためである。
このような分解温度を有する弗素化合物としては、前
述のPTFEなどの有機系弗素化合物が挙げられるが、これ
のみに限定されないことは云うまでもない。ポリ3弗化
塩化エチレンも可能である。
弗素化合物をワイヤ表面に付着させる方法としては、
通常の工程においては、弗素雰囲気中にワイヤを置く方
法等々があるが、最も簡便なやり方としては弗素化合物
を希釈剤又は分散剤(例、トリクロロトリフルオロエタ
ン等の弗素樹脂用有機溶媒)で希釈或いは分散し、その
希釈又は分散状態の粉体又は液体中にワイヤを通す方法
がある。この場合、次の点に留意する。まず、希釈され
た弗素化合物は付着後ワイヤ表面上の凹部に集中的に弗
素化合物が付着するので、ワイヤ表面粗さが大きすぎる
とムラを生じ易くなり、一定量を安定して付着させるこ
とが困難になる。更にまたワイヤの外観を損なうだけで
なく、実際の溶接時にワイヤ送給抵抗が大きくなりすぎ
る結果、アーク安定性が悪くなり、溶接部にピット、ブ
ローホールを生じ易くなるばかりか、著しい場合はワイ
ヤの座屈を生じ、溶接そのものを続けることが不可能と
なる。
このように焼成時に適量の弗素量を発生させ、弗素効
果を一層効果に発揮させるには、以下に説明する態様が
好ましい。
まず、ワイヤ表面に弗素化合物を付着させる態様に
は、ワイヤ表面全面に付着させる場合と部分的に付着さ
せる場合が考えられるが、前者のワイヤ表面全面に付着
させた場合には通電性を損なう恐れがあるので、後者の
如く部分的に付着させる態様の方が望ましい。この場合
には、表面の凹部を利用して弗素化合物を付着させるこ
とが可能であり、通電性を損なう恐れはない。
本発明者の実験により、ワイヤ表面において弗素化合
物が占める割合と通電性、送給性との関係を調べた結
果、ワイヤ1m当りの全表面積に占める弗素化合物の面積
率AFが0.1〜70%の範囲が好ましいことが判明した。AF
が0.1%未満では、通電性は良好なものの弗素化合物を
付着させる効果が見られず、送給性は悪い。反対にAF
70%を超えると通電性が悪くなり、溶接中のアークを持
続させることが困難となる。
また、ワイヤ表面の凹部を利用して弗素化合物を付着
させる場合、凹部の分布状態を積極的にコントロールし
て島状に均一に付着させると、更に効果的であることも
判明した。
この観点から、本発明者は、適正なワイヤ表面粗さの
範囲を見い出すべく調査を行った結果、ワイヤ円周方向
の表面粗さとワイヤ長手方向の表面粗さをともに15μm
以下、より望ましくは10μm以下であれば、ワイヤ表面
に上記範囲の弗素量を比較的均一に且つ安定して付着さ
せることが可能であることが判明した。
なお、上記弗素量範囲の特に高濃度側では、ワイヤ表
面粗度として、例えば0.05μm程度であっても効果が認
められる場合もあるが、付着後のムラを生じ易く、安定
性において難点があるので、0.10μm程度以上とするこ
とが望ましい。
なお、ここで表面粗さとは、ワイヤ円周方向の表面粗
さの場合、周方向の表面粗さを測定した時の各々の最大
表面粗さ(幅又は深さ)RCmax(μm)であり、ワイヤ
長手方向の表面粗さの場合は、長手方向の表面粗さ(幅
又は深さ)を測定した時の各々の最大表面粗さRLmax
(μm)である。
このように弗素化合物をワイヤ表面に島状に均一に分
布させることにより、ワイヤの硬さ、種類に関係なく同
様の効果が期待できる。特に水素に対して感受性の高い
アルミニウム溶接用ワイヤの場合、一層効果が顕著であ
る。
本発明は、溶接方法によって制限されることはなく、
最も多く採用されているTIG、MIG用の各ワイヤは勿論の
こと、フラックス入りワイヤに対しても有効である。勿
論、母材も鉄、非鉄の各種材料が可能である。
(実施例) 次に本発明の実施例を示す。
実施例1 第1表に示す種々の弗素量を有するワイヤを用い、以
下の溶接条件で溶接し、溶接金属中のブローホール数を
調べた。なお、弗素化合物としてPTFEを用い、これを希
釈した液体中にワイヤを通してワイヤ表面に複素化合物
を塗布した。弗素量はワイヤ100g毎の分析値(n=5)
の平均値である。
その結果を同表に併記する。
<溶接条件> 溶接方法:MIG 母 材:アルミニウム材A5083−0 使用ワイヤ:アルミニウムワイヤA5183 WY、1.2mmφ 電流等:225A−28〜29V−50cpm シールドガス:アルゴン、流量30/min ブローホール数は、X線観察により測定し、0.4mm以
下のものも全てカウントした。
第1表より、ワイヤ表面に弗素化合物を全く付着しな
い場合、或いは付着量が少ない場合には、ブローホール
数が多く、逆に多い場合には、ブローホール数は低減す
るものの、ビード外観が劣化し、更に多い場合にはアー
クも不安定となった。
一方、適正量の弗素換算量も有する本発明例は、いず
れも溶接金属中のブローホール数が少なく、ビード外
観、アーク安定性も優れている。
実施例2 第2表に示す種々の弗素換算量で種々の付着面積割合
で弗素化合物を塗布したワイヤを用い、以下の溶接条件
で溶接し、通電性、送給性を調べた。なお、弗素化合物
としてPTFEを用い、これを希釈した液体中にワイヤを通
してワイヤ表面に弗素化合物を塗布した。弗素量の測定
は実施例1の場合と同様の要領で測定した。
その結果を同表に併記する。
<溶接条件> 溶接方法:MIG 母 材:アルミニウム材A5083−0 使用ワイヤ:アルミニウムワイヤA5183 WY、1.2mmφ 電流等:150A−25V−30cpm シールドガス:アルゴン、流量30/min また、ワイヤ表面の弗素化合物付着面積AFについて
は、ワイヤ1m当り任意の20箇所について400倍の視野に
て測定した。
第2表に示すように、ワイヤ表面の弗素化合物付着面
積Aが適正範囲である本発明例は、通電性、送給性とも
に良好であるのに対し、比較例は通電性、送給性のうち
の少なくともいずれかが劣っている。
実施例3 第3表に示す種々のワイヤ表面粗さを有するワイヤに
種々の弗素換算量で弗素化合物を塗布したワイヤを用
い、以下の溶接条件で溶接し、溶接金属中のブローホー
ル数、通電性、送給性を調べた。なお、弗素化合物とし
てPTFEを用い、これを希釈した液体中にワイヤを通して
ワイヤ表面に弗素化合物を塗布した。弗素量の測定は実
施例1の場合と同様の要領で測定した。
その結果を同表に併記する。
<溶接条件> 溶接方法:MIG 母 材:アルミニウム材A5083 使用ワイヤ:アルミニウムワイヤA5183 WY、1.2mmφ 電流等:150A−25V−30cpm シールドガス:アルゴン、流量30/min なお、溶接金属中のブローホール数は実施例1の場合
と同様の要領で測定した。
また、ワイヤ円周方向の表面粗さは、(株)東京精密
の測定機器「ロンコム1D」と使用探触子(ダイヤモンド
製、接触先端部半径3μm)を使用し、ワイヤ表面の任
意の10ヶ所において、各々1円周宛周方向の表面粗さを
測定した時の各々の最大表面粗さ(幅又は深さ)RCmax
(μm)とした。一方、ワイヤ長手方向の表面粗さは、
(株)東京精密の測定機器「SURFCOM−30M」と使用探触
子(ダイヤモンド製、接触先端部半径3μm)を使用
し、ワイヤ長手方向に任意の10ヶ所を選び、その各々に
つき10mm長に亘り長手方向の表面粗さ(幅又は深さ)を
測定した時の各々の最大表面粗さRLmax(μm)とし
た。
第3表より、本発明例はいずれも、溶接金属中のブロ
ーホール数が少なく、通電性、送給性ともに優れている
ことがわかる。
一方、ワイヤ表面の弗素量が少ない場合には、たとえ
ワイヤ表面粗さが適当であっても溶接金属中のブローホ
ール数が多くなり、送給性が劣っている。逆に、ワイヤ
表面の弗素量が多い場合には、溶接金属中のブローホー
ル数が少なくなり、また送給性は良好であるものの、通
電性が劣化している。
(発明の効果) 以上詳述したように、本発明によれば、ワイヤ表面に
分解温度の低い弗素化合物を適当量塗布するので、ワイ
ヤのもつ水素量を減少でき、溶接金属中のブローホー
ル、ピット等を安定して低減できる。各種溶接用ワイヤ
に適用可能であり、特に従来問題があったアルミニウム
溶接用ワイヤに適用した場合にその効果が顕著である。
【図面の簡単な説明】
第1図はPTFEの熱分解反応を説明する図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特公 昭57−17638(JP,B2) 特公 昭59−6758(JP,B2)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】酸素雰囲気下で500℃で焼成した時に発生
    する弗素量(換算量)が5〜300ppmである有機系弗素化
    合物をワイヤ表面に有することを特徴とする溶接用ワイ
    ヤ。
  2. 【請求項2】酸素雰囲気下で500℃で焼成した時に発生
    する弗素量(換算量)が5〜300ppmである弗素化合物が
    ワイヤ1m当りの表面積に占める面積率が0.1〜70%とな
    るようにワイヤ表面に塗布されていることを特徴とする
    溶接用ワイヤ。
  3. 【請求項3】ワイヤ円周方向の表面粗さ並びにワイヤ長
    手方向の表面粗さがいずれも15μm以下である請求項1
    又は2に記載の溶接用ワイヤ。
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